方波-三角波產(chǎn)生電路課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　方波-三角波產(chǎn)生電路</p><p><b>　　一、技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　方波-三角波產(chǎn)生電路，要求方波和三角波的重復(fù)頻率為500Hz，方波脈沖幅度為6-6.5V，三角波為1.5-2V，振幅基本穩(wěn)定，振蕩波形對(duì)稱，無(wú)明顯非線性失真。</p><p>　　二、設(shè)計(jì)方案及其比較</p><

2、p>　　采用電壓比較器和積分器同時(shí)產(chǎn)生方波和三角波。其中電壓比較器產(chǎn)生方波，對(duì)其輸出波形進(jìn)行一次積分產(chǎn)生三角波，該電路的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的：</p><p>　　1、線性良好，穩(wěn)定性好；</p><p>　　2、頻率易調(diào)，在幾個(gè)數(shù)量級(jí)的頻帶范圍內(nèi)，可以方便的連續(xù)的改變頻率，而且頻率改變時(shí)，幅度恒定不變；</p><p>　　3、三角波和方波在半周期內(nèi)是時(shí)間的線性

3、函數(shù)，易于變換其他波形。</p><p>　　因此本實(shí)驗(yàn)采用同相遲滯電壓比較器和積分器同時(shí)產(chǎn)生方波和三角波的方案。</p><p>　　2.1.1方波產(chǎn)生電路：</p><p>　　方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號(hào)發(fā)生電路。利用施密特觸發(fā)器，再增加少量電阻、電容原件，由于方波或矩形波的頻率成分非常豐富，含有大量的諧波，該方波發(fā)生器常稱為多諧振蕩

4、器，如圖1所示，Ｒ和Ｃ組成的積分負(fù)反饋電路。</p><p>　　圖一：基本方波產(chǎn)生電路</p><p>　　圖二：雙向限幅的方波產(chǎn)生電路</p><p><b>　　方波產(chǎn)生工作波形：</b></p><p>　　該發(fā)生器具有負(fù)反饋和正反饋，其中電路的正反饋系數(shù)為：</p><p><b&

5、gt;　　........①</b></p><p><b>　　有關(guān)參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　周期： </p><p>　　頻率： </p><p>　　幅值： </p><p>　　2.1.2

6、三角波發(fā)生器</p><p>　　矩形波經(jīng)過(guò)積分就變成三角波。它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上,增加了一個(gè)由R C組成的積分電路,把輸出電壓經(jīng)過(guò)R C反饋到比較器的反相端.在比較器的輸出端引入限流電阻R和兩個(gè)背靠背的雙向穩(wěn)壓管就組成了雙向限幅房波發(fā)生電路.由于比較器中的運(yùn)放處于正反饋狀態(tài),因此一般情況下,輸出電壓V0與輸入電壓V1不成線性關(guān)系,只有在輸出電壓V0發(fā)生跳變瞬間,集成運(yùn)放兩個(gè)輸入電壓才可近似等于零即Vid

7、=0或Vp=Vn=V1是輸出電壓V0轉(zhuǎn)換的臨界條件。即Vid=0或Vp=Vn=V1是輸出電壓V0轉(zhuǎn)換的臨界條件。</p><p>　　三角波發(fā)生器工作波形：</p><p><b>　　2.2方案一</b></p><p>　　圖三：三角波發(fā)生電路1</p><p><b>　　有關(guān)參數(shù)計(jì)算：</b>

8、;</p><p>　　周期： </p><p>　　頻率： </p><p>　　幅值： </p><p>　　2.3方案二

9、 </p><p>　　圖四：三角波產(chǎn)生電路2</p><p><b>　　有關(guān)參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　周期： </p><

10、;p>　　頻率： </p><p>　　幅值： </p><p><b>　　2.4方案比較</b></p><p>　　根據(jù)原理兩個(gè)方案的原理圖可知，兩種方案均能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。具體區(qū)別是方案一采用RC振蕩和部分正反饋使電路持續(xù)不斷的產(chǎn)生方波以及三角波，二方案二整個(gè)電路采用積分

11、電路而替代了RC使之能夠產(chǎn)生方波以及三角波。這種方法在實(shí)際中比較可行。在此基礎(chǔ)上在兩個(gè)運(yùn)放的輸出端加上發(fā)光二級(jí)管和限流電阻，使得在電路的調(diào)試，排查錯(cuò)誤的過(guò)程更加方便。</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)方案</b></p><p>　　圖五：實(shí)現(xiàn)方案使用的電路</p><p><b>　　3.1元件清單：</b></p

12、><p>　　電阻 ： R1 3.3k</p><p><b>　　R2 10K</b></p><p><b>　　R3 1k</b></p><p><b>　　R4 5.1k</b></p><p><b>　　R5 3k&l

13、t;/b></p><p><b>　　RV1 10k</b></p><p>　　集成模塊： LM324 2個(gè) </p><p>　　電容： 47 uf 1個(gè)</p><p>　　穩(wěn)壓管： 2個(gè)</p><p>　　導(dǎo)線：

14、若干</p><p>　　面包板： 1個(gè) </p><p><b>　　關(guān)于LM324：</b></p><p>　　LM324器件為帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器每一個(gè)封裝四個(gè)放大器，該放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，低輸入偏置電流，最大100納安。具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?lt;/p><

15、;p>　　圖六：LM324引腳圖</p><p>　　3.2原理及工作工作過(guò)程</p><p><b>　　原理：</b></p><p>　　運(yùn)算放大器可以和兩個(gè)電阻構(gòu)成同向輸入施密特觸發(fā)器，由此可產(chǎn)生穩(wěn)定的方波，運(yùn)算放大器可以喝RC構(gòu)成積分電路，二者形成閉合的回路，即可構(gòu)成方波-三角波發(fā)生器。</p><p>

16、　　因?yàn)榫匦尾妷褐挥袃煞N狀態(tài)，不是高電平就是低電平，所以電壓比較器是它的重要部分，選擇LM324來(lái)實(shí)現(xiàn)電路，并在反向輸出端加上平衡電阻，抑制溫度漂移。電路由正相輸出的滯回比較器和RC組成，RC回路既作為延遲回路，又作為反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)RC的充放電實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。而在實(shí)現(xiàn)電路中是將RC充放電路用積分電路替代。滯回比較器的輸出以及積分電路的輸出互為另一個(gè)電路的輸入。</p><p><b>　　工作工程

17、：</b></p><p>　　電壓比較器在是翻轉(zhuǎn)，從低電平跳到高電平，或者從高電平跳到低電平。高電平是，低電平是，由于三角波的輸入是比較器的輸出，所以，比較器的閾值可得三角波的輸出為：</p><p><b>　　........①</b></p><p>　　由于上升到幅值需要的時(shí)間為T(mén)/4，所以有積分器的原理可得三角波的幅值為

18、：</p><p><b>　　........②</b></p><p><b>　　可得三角波的周期：</b></p><p><b>　　........③</b></p><p><b>　　有關(guān)參數(shù)計(jì)算：</b></p><p

19、><b>　　各元件作用：</b></p><p>　　R4與R5：平衡電阻</p><p>　　C1與RV1：決定積分時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　R1與R2：R1與R2的比值決定運(yùn)算放大器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電平，決定三角波的輸出幅度。</p><p>　　D1與D2：雙向穩(wěn)壓管，限制和穩(wěn)定方波的幅度。</p&g

20、t;<p><b>　　調(diào)試過(guò)程及結(jié)論</b></p><p>　　4.1.1安裝方波-三角波電路</p><p>　?。?）把兩塊LM324集成塊插入面包板中。</p><p>　?。?）分別把各電阻放入適當(dāng)位置。</p><p>　?。?）按圖接線，注意運(yùn)放的4端和11端要接電源，以及接地線的布置。&l

21、t;/p><p>　　4.1.2調(diào)試方波-三角波電路</p><p>　?。?）接通電源后，用示波器進(jìn)行觀察。</p><p>　?。?）觀察示波器，出現(xiàn)正確波形后，調(diào)節(jié)使之達(dá)到要求的周期。</p><p><b>　　注意事項(xiàng)：</b></p><p>　　把兩部分的電路接好，進(jìn)行整體測(cè)試和觀察。&

22、lt;/p><p>　　針對(duì)和階段出現(xiàn)的問(wèn)題，逐個(gè)排查校檢，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求。使其產(chǎn)生方波和三角波。</p><p>　　由于電壓比較器與積分器組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波和三角波，故這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。需要注意的是，安裝電位器之前要將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，否則，電路可能不起振。如果電路接線正確，則在接通電源后，比較器的輸出為方波，積分器的輸出為三角波，使方波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，

23、則輸出頻率可調(diào)。</p><p>　　按設(shè)計(jì)圖安裝好電路，穩(wěn)壓電源輸出的+12V接到集成運(yùn)放324的7腳，-12V接到集成運(yùn)放324的4腳。</p><p><b>　　4.2 結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)調(diào)試后，會(huì)出現(xiàn)完整的波形圖。經(jīng)過(guò)分析知道,方波的波形開(kāi)始時(shí)有少量失真,隨著電路的逐漸穩(wěn)定,失真基本上消除。并且方波輸出的幅值為6V

24、,基本上符合設(shè)計(jì)要求.</p><p>　　三角波的波形只有少量失真,幅值可達(dá)到要求的1.5-2v，而周期可以通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)使之達(dá)到要求的0.02s.可認(rèn)為符合要求。</p><p>　　而所有信號(hào)產(chǎn)生的頻率都與方波和三角波產(chǎn)生模塊所設(shè)置的頻率一致。</p><p>　　可認(rèn)為此次設(shè)計(jì)符合均要求。</p><p><b>　　圖七

25、：方波波形</b></p><p><b>　　圖八：三角波波形</b></p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　這個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)了很多有關(guān)模電的課程，包括模電，模電實(shí)驗(yàn)，電子線路輔助設(shè)計(jì)以及關(guān)于模電的課程設(shè)計(jì)。足以見(jiàn)得模電的重要性。在對(duì)于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中，對(duì)于我還是有些難度的，但是通過(guò)模

26、電實(shí)驗(yàn)以及protues軟件的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)了對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用，得出一些結(jié)論，有助于記憶。這次課程設(shè)計(jì)選擇了方波-三角發(fā)生器，是比較簡(jiǎn)單的。因?yàn)槟ｋ娬n本上有示例電路以及對(duì)應(yīng)的原理講解，在理解方面比較容易。但是設(shè)計(jì)出不同的電路還是有一些難度的，由于課本上的實(shí)例在某些方面限制了創(chuàng)新，所以我設(shè)計(jì)的兩個(gè)不同的電路在一定程度上是有些雷同的。</p><p>　　在面包上連線的時(shí)候是自己親手連的，最開(kāi)始的時(shí)候?qū)γ姘宓奶匦赃€不夠

27、深入了解，連錯(cuò)了電路，還有因?yàn)樵O(shè)計(jì)布局不夠合理，也重新練了一次。特別是在連接導(dǎo)線的時(shí)候，要先側(cè)臉好導(dǎo)線的長(zhǎng)度，然后用剪刀剪短的時(shí)候要多留出一截，再將絕緣層剝開(kāi)的時(shí)候留出的腳要足夠長(zhǎng)可以固定好導(dǎo)線。以免碰撞彈出面包板，造成接觸不良。必須使連線在集成電路周圍通過(guò)，不允許跨接在集成電路上，也不得使導(dǎo)線互相重疊在一起，盡量做到橫平豎直，這樣有利于查線，更換元器件及連線。 因此在連接之前要先做好布局，使電路電路盡量看起來(lái)簡(jiǎn)單明了，也便于檢查電路。

28、在開(kāi)始接通電源驗(yàn)證的時(shí)候，由于示波器不是很好使用，過(guò)程中要有耐心。</p><p>　　最后在完成報(bào)告的時(shí)候運(yùn)用的protues進(jìn)行電路的繪圖，熟悉了軟件，讓所學(xué)的只是得到了應(yīng)用。用函數(shù)編輯器編輯了函數(shù)，這是以前沒(méi)有機(jī)會(huì)用到的，學(xué)習(xí)了Word的新功能。</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)電路

29、布線圖：</b></p><p>　　圖九：測(cè)試電路布線圖</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吳友宇.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2009.5</p><p>　　IBSN 978-7-302-18702-8</p><p>　　[2